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液下搅拌机器人定位导航系统

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第1章引言

1.1项目的提出

1.2移动机器人的研究现状

1.3智能导航技术成为移动机器人研究的热点

1.4超声导航技术在移动机器人领域得到广泛应用

1.4.1超声传感器在移动机器人导航技术上的应用

1.4.2基于超声的移动机器人定位技术

1.5本论文的研究内容

第2章超声波性能及在水煤浆中测距分析

2.1超声波性能

2.1.1声波性能

2.1.2超声波性能

2.1.3选择超声波测距原因

2.2超声波传感器性能及选用原则

2.2.1超声波传感器性能

2.2.2超声波传感器选用原则

2.3超声波测距原理

2.4超声波在水煤浆中的传播实验

2.4.1超声波在水煤浆中传播的实验

2.4.2实验结果与分析

2.4.3温度对测距结果的影响

第3章机器人定位导航系统

3.1定位原理及超声波传感器布局

3.1.1超声波定位原理

3.1.2超声波传感器的布局

3.2定位导航系统硬件设计

3.2.1系统方案的选择

3.2.2系统测距模块

3.2.3系统温度模块

3.2.4姿态模块

3.3数学模型

3.3.1机器人定位数学模型

3.3.2机器人姿态数学模型

3.4系统软件设计

3.4.1通讯软件协议

3.4.2下位机软件

3.4.3上位机软件

第4章实验

4.1试验目的

4.2实验内容及结果分析

4.2.1超声波传感器测距标定实验

4.2.2定位实验

第5章定位导航系统分析

5.1定位结果分析

5.2系统实时性能分析

5.3系统可靠性分析

5.4系统抗干扰设计

5.4.1硬件抗干扰

5.4.2软件抗干扰

第6章总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

致谢

参考文献

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摘要

随着传感器技术、计算机技术、信息技术的发展,机器人技术得以迅速发展。机器人已被应用于各种行业中,帮助人类完成各种重复、危险,甚至是人类无法完成的工作。本课题组研究的是一种工作在水煤浆下的机器人,可代替大型搅拌机械,自主完成搅拌任务,搅拌达到小型经济化、智能性。 机器人在行走过程中需实时获取其位置及姿态信息,实时准确的获取这些信息是机器人完成搅拌任务的关键。本文论述的就是机器人的定位导航系统。 通过研究现有的定位导航技术,结合本机器人工作的环境特点,选用超声波测距来实现机器人的定位。本文详细分析超声波的特点,并在水煤浆管道中试验超声波传感器的性能,结果表明超声波可在水煤浆中稳定传播。超声波传感器的选用极其重要,给出选用原则。根据选用传感器特点和课题组已有研究成果,设计了在机器人车体上安装一个或两个发射超声波传感器,在水煤浆罐壁上安装三个接收传感器的传感器布局方式,实验验证布局方案可行。 结合罐底实际环境,利用地磁原理,选用电子罗盘HMR3000获取机器人的姿态信息,实现机器人智能导航。 分析集中式和分布式数据采集的特点,构建下位机为单片机、上位机为工控机的分布式数据采集系统。由于温度对测距结果影响较大,选用DS18820测温,对超声波波速进行修正。设计超声波信号调理电路,测温电路、罗盘信息获取方法。给出求两圆相交的算法和坐标变换公式,给出三点定位数学模型和求交点的方法,给出航向推测的数学模型和修正方法。给出详细的下位机和上位机的软件编程思想和流程图。 实验验证定位导航系统的可行性及可靠性,实验结果证明定位绝对误差大都在20cm以内,航向推测绝对误差在10°以内。给出实验图表,分析测距误差原因。对系统的可靠性和实时性能进行分析,给出改进措施。

著录项

  • 作者

    刘伟明;

  • 作者单位

    北京信息科技大学;

    北京机械工业学院;

  • 授予单位 北京信息科技大学;北京机械工业学院;
  • 学科 机械设计及理论
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 郝静如;
  • 年度 2007
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 专用机器人;
  • 关键词

    机器人; 定位导航; 超声波; 数学模型;

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